螺旋形磁控管及磁控濺射設備的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種濺射沉積技術(shù)，特別是涉及一種包括磁控管的短程濺射沉積技術(shù)及磁控濺射設備。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，物理氣相沉積技術(shù)或濺射沉積技術(shù)是半導體工業(yè)中最廣為使用的一類薄膜制造技術(shù)，泛指采用物理方法制備薄膜的薄膜制備工藝。物理氣相沉積技術(shù)可應用于很多工藝領域，如銅互連線技術(shù)、封裝領域中的硅穿孔技術(shù)等等。
[0003]磁控管產(chǎn)生的磁場束縛電子，限制電子的運動范圍，并延長電子的運動軌跡，使電子最大幅度的離化；部分其他離子在靶材表面反應形成化合物；另一部分其他離子受靶材負電壓的吸引轟擊靶材，撞擊出靶材表面上形成的化合物，化合物運動到基片上并沉積。
[0004]雖然磁控管能夠?qū)崿F(xiàn)全靶腐蝕，并且在靶材不同半徑處能夠均勻腐蝕從而使得靶材利用率很高，超過70%。由于靶材均勻腐蝕，所以相同時間內(nèi)，靶材邊緣濺射下來的粒子與中心處濺射下來的粒子數(shù)基本相等，但是由于靶材不同半徑處濺射粒子到基片角度分布不同,靶材邊緣處粒子到達基片整體角度小于靶材中心處粒子到達基片的整體角度,導致沉積薄膜在基片表面中間厚，邊緣薄，在靶基間距50-60mm時，300mm的基片厚度均勻性大于3% ο
[0005]鑒于上述缺陷，本發(fā)明人經(jīng)過長時間的研究和實踐終于獲得了本發(fā)明創(chuàng)造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]基于此，有必要提供一種均勻濺射的螺旋形磁控管及磁控濺射設備。
[0007]本發(fā)明的一種螺旋形磁控管，包括內(nèi)磁極和外磁極，其特征在于，所述內(nèi)磁極和所述外磁極的極性相反；
[0008]所述內(nèi)磁極和所述外磁極均由多條螺旋線組成，所述內(nèi)磁極螺旋線的螺旋中心圍繞在所述內(nèi)磁極螺旋線的內(nèi)部；
[0009]所述外磁極螺旋線的螺旋中心與所述內(nèi)磁極螺旋線的螺旋中心相同；所述外磁極螺旋線與所述內(nèi)磁極螺旋線均從所述螺旋中心向外周螺旋離散，所述外磁極的螺旋線逐層包圍所述內(nèi)磁極的螺旋線；
[0010]離所述螺旋中心最遠的所述內(nèi)磁極螺旋線與相鄰的所述內(nèi)磁極螺旋線在末端合并，合并末端沿離所述螺旋中心最遠的所述內(nèi)磁極螺旋線的軌跡延伸；
[0011]離所述螺旋中心最遠的所述外磁極螺旋線包圍所述內(nèi)磁極螺旋線的合并末端，離所述螺旋中心最遠的所述外磁極螺旋線的末端與相鄰的所述外磁極螺旋線之間以圓弧連接；
[0012]相鄰的所述內(nèi)磁極螺旋線圓滑連接，形成封閉環(huán)；相鄰的所述外磁極螺旋線圓滑連接，形成封閉環(huán)。
[0013]作為一種可實施方式，在所述螺旋中心、邊緣和中部的不同位置，相鄰的所述內(nèi)磁極和所述外磁極之間的間隙不相同。
[0014]作為一種可實施方式，所述內(nèi)磁極和所述外磁極之間的間隙從所述螺旋中心向邊緣逐漸減小或逐漸增大。
[0015]作為一種可實施方式，所述間隙從中部向所述螺旋中心逐漸減小，并且所述間隙從中部向邊緣也逐漸減??；
[0016]或所述間隙從中部向所述螺旋中心逐漸增大，并且所述間隙從中部向邊緣也逐漸增大。
[0017]作為一種可實施方式，所述內(nèi)磁極與所述外磁極的螺旋線方程為r =aX Θ n+bX (cos Θ )m+cX (tan θ )k+d ；
[0018]其中，坐標原點為所述內(nèi)磁極的螺旋中心，X軸為所述外磁極最內(nèi)部的端點與所述內(nèi)磁極的螺旋中心的連線，r為螺旋線上的點到所述內(nèi)磁極的螺旋中心的距離，Θ為螺旋線上的點與X軸的夾角；
[0019]a、b、c、d 為常數(shù)；0 彡 η 彡 2，O 彡 m 彡 2、C=O 或 k=0。
[0020]作為一種可實施方式，所述間隙的范圍為10 — 60mm。
[0021]作為一種可實施方式，所述內(nèi)磁極螺旋線與所述外磁極螺旋線的數(shù)量分別為三條。
[0022]作為一種可實施方式，三條所述內(nèi)磁極螺旋線的螺旋線方程分別為:
[0023]r = 4.875X θ 1701+1.46X (cos θ ) 1 244-26.72，其中 1.5 彡 Θ 彡 2.6 π ；
[0024]r = 8.31Χ θ 1 235+10.84Χ (cos θ ) 1 362+39.02，其中 1.72 彡 Θ 彡 3.14 π ；
[0025]r = 4.64Χ θ 2+35.84Χ (cos θ ) 1 695-48.52，其中 1.1 3? 彡 θ 彡 1.72 π ；
[0026]三條所述外磁極螺旋線的螺旋線方程為:
[0027]r = 4.75Χ θ 192+1.25Χ (cos θ ) 1 56+32.49，其中 0.25 彡 Θ ^ 2 π ；
[0028]r = 17.54Χ θ α78+5.45Χ (cos θ )112+179.42，其中 O 彡 Θ 彡 1.15 π ；
[0029]r = 6.42Χ θ 198+1.88Χ (cos θ ) 1 95+45.41，其中 0.3 彡 θ 彡 1.14 π。
[0030]作為一種可實施方式，所述的螺旋形磁控管使用于標準腔室；
[0031]標準腔室中，靶材到基片的距離小于80mm。
[0032]作為一種可實施方式，相鄰的所述內(nèi)磁極螺旋線的端點之間以弧線首尾相連；相鄰的所述外磁極螺旋線的端點之間以弧線首尾相連。
[0033]一種磁控濺射設備，包括磁控腔、高真空工藝腔、靶材、基片、托盤與所述的螺旋形磁控管；
[0034]所述基片置于所述托盤的上表面，所述基片與所述托盤置于所述高真空工藝腔內(nèi)；
[0035]所述螺旋形磁控管置于所述磁控腔內(nèi)；
[0036]所述靶材置于所述磁控腔與所述高真空工藝腔之間，所述靶材的背面朝向所述磁控腔。
[0037]作為一種可實施方式，用于金屬硬掩膜TiN沉積時，所述靶材到所述基片的距離為 50—70mm。
[0038]作為一種可實施方式，用于除TiN之外的其他氮化物或金屬沉積時，所述靶材到所述基片的距離為30—90mm。
[0039]作為一種可實施方式，所述內(nèi)磁極的螺旋中心位于所述靶材的中心；
[0040]所述外磁極的螺旋中心與所述內(nèi)磁極的螺旋中心相同。
[0041]與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的有益效果在于:螺旋形磁控管有利于控制離子分布，平衡中心和邊緣的粒子數(shù)量，得到電阻率均勻性較好的薄膜，進而得到更好工藝性能的薄膜，特別是TiN薄膜；得到較好的化合物電阻率均勻性，并使得形成的薄膜的方塊電阻及膜厚均勻性均能符合要求；等離子體路徑短，降低了等離子體的啟輝電壓。磁控濺射設備的濺射效率高，靶材能夠全靶均勻腐蝕；能用于各種工藝條件，適用范圍廣泛。
【附圖說明】
[0042]圖1為長、短程磁控濺射形成的薄膜厚度對比示意圖；
[0043]圖2為本發(fā)明的螺旋形磁控管的示意圖；
[0044]圖3為本發(fā)明的磁控濺射設備的剖視示意圖；
[0045]圖4為本發(fā)明的磁控濺射設備的靶材腐蝕曲線。
【具體實施方式】
[0046]為了解決金屬沉積的均勻性不好的問題，提出了一種螺旋形磁控管及磁控濺射設備來得到沉積均勻的薄膜。
[0047]以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點作更詳細的說明。
[0048]請參閱圖1所示，其為長、短程磁控濺射形成的薄膜厚度對比示意圖，對于50-70mm短程濺射的基片，靶材I不同半徑處濺射粒子對短程濺射的基片的整體角度分布比長程濺射基片大。短程濺射時，靶材I邊緣處夾角小，中心處夾角大，導致短程濺射形成的薄膜2的中間厚，兩邊薄。長程濺射形成的薄膜3的中間厚，兩邊薄，但中間和兩邊的差異較小，均勻性較高。
[0049]即使靶材I能夠全靶均勻腐蝕，短程濺射形成的薄膜2的厚度均勻性也較差，只有考慮減小濺射粒子到基片整體角度分布差異才能獲得好的薄膜沉積均勻性。
[0050]采用靶材邊緣補償腐蝕能夠解決均勻性問題，使相等時間內(nèi)使靶材I邊緣處濺射下來的粒子數(shù)大于靶材I中心處濺射下來的粒子數(shù)，從而增加短程濺射的基片2邊緣處的薄膜厚度，